基于北斗地理位置信息的可见光通信APT系统

摘要

可见光通信技术是以LED作为光源，以大气为信道，将基带信号调制在可见光上进行通信的无线光通信技术。可见光通信具有抗电磁干扰、价格成本低、建设周期短，以及传输协议透明等优点。将可见光通信与现代常规通信技术相结合，已成为一种新兴的通信技术，也逐渐成为当前国际通信领域研究的热点。在室外可见光通信过程中，虽然可见光具有较小的发散角，方向性强等优点，但是这些优点却给通信链路的建立和维持带来了困难。因此，在可见光通信链路建立前对信标光的捕获，以及链路建立成功瞄准后对信标光持续跟瞄变得尤为重要。因此，设计一种捕获跟瞄系统完成对光源点的快速捕获和持续跟瞄变得尤为重要。完成通信双方光源及接收设备精确对准的技术称之为APT(Acquisition Pointing and Tracking)技术，即捕获、瞄准和跟踪技术。
　　本文提出了一种基于北斗地理位置信息的可见光室外远距离通信 APT系统方案，实现快速精确地对信标光进行捕获、瞄准和跟踪过程，保证了通信的高效性。本文主要包括以下几个方面：首先，对基于北斗地理位置信息的可见光室外远距离通信APT系统进行了结构设计；其次，对基于北斗地理位置信息的通信APT算法进行了详细的设计，得到了北斗原始位置信息到天线坐标系的转换方法，并对北斗原始位置误差对天线坐标系下方位角和俯仰角的影响进行了系统的数值计算、研究和分析，分析结果表明本文提出的基于北斗位置信息的APT算法能够满足室外可见光通信双方跟瞄精度的要求；再次，为了降低对北斗等其它系统的依赖性，对可见光通信 APT系统设计方案中跟踪模块进行了补充设计，采用CCD作为通信子系统接收天线，同时也作为APT子系统的信息采集设备，通过对CCD采集的图像进行处理，生成天线指向信号，实现对信标光的持续跟踪；最后，编写控制软件，搭建试验平台面，完成对上述可见光通信 APT系统方案的室外试验验证，结果验证了基于北斗地理位置信息的APT算法的可行性，以及采用CCD作为接收天线的APT跟瞄方案的可行性。
　　研究分析及试验结果表明本文提出的基于北斗地理信息的室外可见光通信 APT系统能够快速地对信标光进行捕获，能够实现连续精确地瞄准跟踪，并且在跟踪过程中，能够持续保证通信数据的正常收发。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2北斗技术的应用

1.3 APT系统研究现状及发展趋势

1.4本课题研究意义及论文的工作及内容安排

第二章 系统框架设计

2.1基于北斗位置信息的可见光通信APT系统的整体设计

2.2天馈系统组成及工作原理

2.3方案控制流程

2.4 CCD跟瞄方案补充及系统控制流程

2.5本章小节

第三章 APT算法设计

3.1基于北斗地理位置信息的APT算法

3.2 CCD跟瞄算法

3.3本章小结

第四章 算法误差分析

4.1基于北斗地理位置信息的APT算法误差

4.2数值计算与结果分析

4.3本章小结

第五章 软件实现及试验

5.1基于北斗地理位置信息的APT系统软件实现

5.2 CCD图像跟踪模块软件实现

5.3基于北斗地理位置信息的APT算法试验验证

5.4 CCD跟踪算法软件验证

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2存在的问题及展望

参考文献

致谢

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